Störungsbezogene Deformation in aktiven Verwerfungen - Mikrostrukturelle, mineralogische und geochemische Untersuchungen an Bohrkernen von internationalen Bohrprojekten

• Antragsteller: Dr. Christoph Janssen
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270673698

In der ersten Förderperiode wurden Bohrkerne aus den Projekten DGLab (Griechenland), SAFOD (USA) und DFDP (Neuseeland) analysiert. Der Projektplan wurde modifiziert, da die DFDP-2-Bohrung über der geplanten Zielteufe havarierte. Im Rahmen des angepassten Plans begannen wir mit der Untersuchung von Störungsletten (clay gouge) und Kataklasiten des DFDP-1A-Kerns und von Aufschlüssen unter Verwendung eines breiten Methodenspektrums mit Blick auf Gefüge, Struktur und Mineralogie.Zusätzlich zu diesen ICDP-Projekten, wurden Bohrkernproben der Projekte JFAST (Japan) und SATREPS (Südafrika) untersucht.Unsere Studien sind bis auf das DFDP-Projekt beendet. Die Ergebnisse, vor allem der erste Nachweis eines stark ausgeprägten Tongefüges in den Störungsletten der DGLab-Proben und das klare Dominieren von fluidgestützten Schwächungsmechanismen, sind Anlass zu weiteren detaillierten Untersuchungen der Mikrostrukturen zur Identifikation physikalischer und chemischer Schlüsseleigenschaften von Störungen. Anfang 2016, wurde die Alpine Fault beprobt, um die Lokalisierung von Deformation in ihrem Störungskern zu untersuchen. Etwa je 10 cm des Hangenden und des Liegenden wurden durchgängig beprobt. Darüber hinaus wurden Proben mit maximal drei Metern Abstand zur Störungslette genommen. Aus der DFDP-1A-Bohrung wurden zusätzlich Proben dieser Einheiten zu Verfügung gestellt.Erste Beobachtungen zeigen, dass die Deformation entlang der Alpine Fault entweder in dicken (10er cm) Einheiten, ohne makroskopisch erkennbares Gefüge, oder in dünnen (< 1 cm - < 7 cm), geschichteten Paketen lokalisiert ist. Die Alpine Fault scheint zwei bisher getrennt voneinander bestehende Modelle zur Deformationslokalisierung und Dynamik von Störungen in der Oberkruste zu vereinen.Diese erste Interpretation muss jedoch durch weitere Untersuchungen belegt werden. Im Rahmen der laufenden Förderperiode wird eine detaillierte mikrostrukturelle, mineralogische und geochemische Analyse der Proben zu unserem Bild der mechanischen Eigenschaften der Alpine Fault beitragen. Um ein umfassendes Verständnis der Störung zu erhalten, werden weitere Proben benötigt, insbesondere aus dem Aufschluss Gaunt Creek, der nur wenige hundert Meter von den bestehenden Bohrungen DFDP1-A und B entfernt ist. Untersucht werden diese Proben im Hinblick auf Mikrostrukturen (optische Mikroskopie, SEM, TEM), Geochemie (RFA, EDS, ICP-MS, KL) und Petrophysik (Hg-Porosimetrie, BET-Messung). Der Tonmineralbestand (RDA) und Unterschiede in deren Gefüge (XTG, Synchrotronstrahlung) mit variierendem Abstand zum Störungskern werden weitere Implikationen für mechanische und hydrologische Eigenschaften der Störung liefern.Alle Ergebnisse werden mit denen vorangehender Bohrprojekte verglichen. Insbesondere wird auf die Lokalisierung von Deformation in Störungen und damit verbundenen Schwächungs- und / oder Verhärtungsprozessen sowie physikalischen und chemischen Randbedingungen der Deformation eingegangen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm (ICDP)
• Internationaler Bezug: Neuseeland
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Georg Dresen
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Virginia Toy